\( \require{mhchem} \)
Το προπενικό οξύ ή ακρυλικό οξύ[1] (αγγλικά propenoic acid ή acrylic acid) είναι οργανική χημική ένωση με μοριακό τύπο C3H4O2, αν και συνηθέστερα παριστάνεται ως CH2=CHCOOH. Πιο συγκεκριμένα, είναι το απλούστερο ακόρεστο καρβοξυλικό οξύ, αποτελούμενο δομικά από μια βινυλομάδα (CH2=CH) άμεσα συνδεμένη με την τερματική καρβοξυλομάδα του (COOH). Το χημικά καθαρό προπενικό οξύ, στις «κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος», δηλαδή σε θερμοκρασία 25°C και υπό πίεση 1 atm, είναι άχρωμο υγρό με χαρακτηριστική στυφόξινη οσμή. Είναι αναμείξιμο με το νερό, τις αλκοόλες, τους αιθέρες και το χλωροφόρμιο (CHCl3). Παγκοσμίως, παράγονται (βιομηχανικά) ετησίως πάνω από 1.000.000 τόνοι προπενικού οξέος[2].
| Προπενικό οξύ | |||
|---|---|---|---|
 |
|||
 |
|||
| Γενικά | |||
| Όνομα IUPAC | Προπενικό οξύ | ||
| Άλλες ονομασίες | Ακρυλικό οξύ Αιθυλενοκαρβοξυλικό οξύ Προπενοξύ Βινυλοφορμικό οξύ |
||
| Χημικά αναγνωριστικά | |||
| Χημικός τύπος | C3H4O2 | ||
| Μοριακή μάζα | 72,06 amu | ||
| Σύντομος συντακτικός τύπος |
CH2=CHCOOH | ||
| Συντομογραφίες | ViCOOH | ||
| Αριθμός CAS | 79-10-7 | ||
| SMILES | C=CC(=O)O | ||
| InChI | 1/C3H4O2/c1-2-3(4)5/h2H,1H2,(H,4,5) | ||
| Αριθμός RTECS | AS4375000 | ||
| Αριθμός UN | J94PBK7X8S | ||
| PubChem CID | 6581 | ||
| ChemSpider ID | 6333 | ||
| Δομή | |||
| Μοριακή γεωμετρία | επίπεδη | ||
| Ισομέρεια | |||
| Ισομερή θέσης | 39 | ||
| Φυσικές ιδιότητες | |||
| Σημείο τήξης | 14 °C | ||
| Σημείο βρασμού | 141 °C | ||
| Πυκνότητα | 1051 kg/m3 | ||
| Διαλυτότητα στο νερό |
Αναμείξιμο | ||
| Ιξώδες | 1,3 cP (20 °C) | ||
| Εμφάνιση | άχρωμο καυστικό υγρό | ||
| Χημικές ιδιότητες | |||
| pKa | 4,35 | ||
| Ελάχιστη θερμοκρασία ανάφλεξης |
68 °C | ||
| Επικινδυνότητα | |||
| Φράσεις κινδύνου | R10 R20/21/22 R35 R50 | ||
| Φράσεις ασφαλείας | S26 S36/37/39 S45 S61 | ||
| MSDS | Εξωτ. Σύνδεσμος MSDS | ||
| Κίνδυνοι κατά NFPA 704 |
2
3
0
|
||
| Εκτός αν σημειώνεται διαφορετικά, τα δεδομένα αφορούν υλικά υπό κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος (25°C, 100 kPa). | |||
Ισομερή θέσης
Κύριο λήμμα: C3H4O2
Με βάση το μοριακό του τύπο, το προπενικό οξύ έχει τουλαχιστον 43 ισομερή θέσης, όχι όλα σταθερά.
Τα κυριότερα από αυτά είναι τα ακόλουθα:
Μεθανικός βινυλεστέρας (HCOOCH=CH2).
α-προπιολακτόνη ή μεθυλοξιρανόνη (3-methyloxiran-2-one.svg).
β-προπιολακτόνη ή 2-οξετανόνη (Propiolactone.png) .
3-οξετανόνη (3-Oxetanone.svg).
Δομή
Είναι το πρώτο μέλος της ομόλογης σειράς των αλκενικών οξέων, δηλαδή των μονοκαρβονικών οξέων που μπορούν να χαρακτηριστούν από την ένωση ενός αλκενύλιου και ενός καρβοξυλίου. Ο διπλός δεσμός του βρίσκεται σε συζυγή θέση (δηλαδή με έναν απλό ενδιάμεσα) με εκείνον του καρβονυλίου του καρβοξυλίου του.
| Δεσμοί[3] | ||||
| Δεσμός | τύπος δεσμού | ηλεκτρονική δομή | Μήκος δεσμού | Ιονισμός |
|---|---|---|---|---|
| C#2,#3-H | σ | 2sp2-1s | 106 pm | 3% C- H+ |
| C#3=C#2 | σ | 2sp2-2sp2 | 134 pm | |
| π | 2p-2p | |||
| C#2-C#1 | σ | 2sp2-2sp2 | 147 pm | |
| C=O | σ | 2sp2-2sp2 | 132 pm | 19% C+ O- |
| π | 2p-2p | |||
| C-O | σ | 2sp2-2sp3 | 147 pm | 19% C+ O- |
| O-H | σ | 2sp3-1s | 96 pm | 32% O- H+ |
| Γωνίες | ||||
| HCH | 120° | |||
| HCC | 120° | |||
| CCO | 120° | |||
| COO | 120° | |||
| OCO | 120° | |||
| COH | 104,45° | |||
| Στατιστικό ηλεκτρικό φορτίο[4] | ||||
| O (OH) | -0,51 | |||
| O (=O) | -0.38 | |||
| C#3 | -0,06 | |||
| C#2 | -0,03 | |||
| H (HC) | +0,03 | |||
| H (OH) | +0,32 | |||
| C#1 | +0,57 | |||
Παραγωγή
Βιομηχανική παραγωγή
Η σύγχρονη βιομηχανική παραγωγή του γίνεται με οξείδωση προπενίου από οξυγόνο:
\( {\displaystyle \mathrm {CH_{3}CH=CH_{2}+{\frac {3}{2}}O_{2}{\xrightarrow {}}CH_{2}=CHCOOH+H_{2}O} } \)
Επειδή το προπενικό οξύ και οι εστέρες του έχουν μεγάλη οικονομική σημασία, έχουν ανακαλυφθεί και πολλές άλλες μέθοδοι, αλλά οι περισσότερες έχουν εγκαταληφθεί, για οικονομικούς ή περιβαλλοντικούς λόγους.
Ωστόσο, υπάρχει μια σημαντική εναλλακτική μέθοδος με επίδραση μονοξειδίου του άνθρακα και υδρατμών σε αιθίνιο, στα πλαίσια της Xημείας Reppe:
\( {\displaystyle \mathrm {HC\equiv CH+CO+H_{2}O{\xrightarrow {}}CH_{2}=CHCOOH} } \)
Άλλες μέθοδοι
Με καρβοξυλίωση βινυλαλογονιδίων
Με καρβοξυλίωση με διοξείδιο του άνθρακα (CO2) βινυλαλογονιδίων (CH2=CHX), μέσω οργανομαγνησιακών ενώσεων (αντιδραστήρια Grignard) παράγεται προπενικό οξύ[5]::
\( {\displaystyle \mathrm {CH_{2}=CHX+Mg{\xrightarrow {|Et_{2}O|}}CH_{2}=CHMgX{\xrightarrow {+CO_{2}}}CH_{2}=CHCOOMgX{\xrightarrow {+H_{2}O}}CH_{2}=CHCOOH+Mg(OH)X\downarrow } } \)
Με υδρόλυση προπενονιτριλίου
Με υδρόλυση προπενονιτριλίου (CH2=CHCN) σε όξινο περιβάλλον παράγεται προπενικό οξύ[6]:
\( {\displaystyle \mathrm {CH_{2}=CHCN+2H_{2}O{\xrightarrow {H^{+}}}CH_{2}=CHCOONH_{4}{\xrightarrow {HCl}}CH_{2}=CHCOOH+NH_{4}Cl} } \)
Με προπεν-2-όλης-1 ή προπεν-2-άλης
1. Με οξείδωση προπεν-2-όλης-1 (CH2=CHCH2OH) παράγεται προπενικό οξύ[7]:
\( {\displaystyle \mathrm {3CH_{2}=CHCH_{2}OH+4KMnO_{4}+2H_{2}SO_{4}{\xrightarrow {}}3CH_{2}=CHCOOH+4MnO_{2}+2K_{2}SO_{4}+5H_{2}O} } \)
2. Με οξείδωση προπεν-2-άλης (CΗ2=CHCHO) παράγεται προπενικό οξύ[7]:
\( {\displaystyle \mathrm {3CH_{2}=CHCHO+2KMnO_{4}+H_{2}SO_{4}{\xrightarrow {}}3CH_{2}=CHCOOH+2MnO_{2}+K_{2}SO_{4}+H_{2}O} } \)
Από μεθυλενομηλονικό οξύ
Από μεθυλενομηλονικό οξύ [HOOCC(=CH2)COOH] παράγεται προπενικό οξύ[8]:
\( {\displaystyle \mathrm {HOOCC(=CH_{2})COOH{\xrightarrow {\triangle }}CH_{2}=CHCOOH+CO_{2}\uparrow } } \)
Με αφυδάτωση υδροξυπροπανικού οξέος
Με ενδομοριακή αφυδάτωση 2-υδροξυπροπανικού οξέος ή 3-υδροξυπροπανικού οξέος παράγεται προπενικό οξύ. Η αντίδραση ευνοείται σε σχετικά υψηηλές θερμοκρασίες, >150 °C[9]:
1.
\( {\displaystyle \mathrm {CH_{3}CH(OH)COOH{\xrightarrow[{>150^{o}C}]{\pi .H_{2}SO_{4}}}CH_{2}=CHCOOH+H_{2}O} } \)
2.
\( {\displaystyle \mathrm {HOCH_{2}CH_{2}COOH{\xrightarrow[{>150^{o}C}]{\pi .H_{2}SO_{4}}}CH_{2}=CHCOOH+H_{2}O} } \)
Τα αποτελέσματα είναι καλύτερα αν χρησιμοποιηθεί «προστασία» του καρβοξυλίου.
Με απόσπαση υδραλογόνου από αλοπροπανικό οξύ
Με απόσπαση υδραλογόνου (HX) από 2-αλοπροπανικό οξύ ή 3-αλοπροπανικό οξύ παράγεται προπενικό οξύ[10]:
1.
C H 3 C H X C O O H + N a O H → △ R O H C H 2 = C H C O O H + N a X + H 2 O {\displaystyle \mathrm {CH_{3}CHXCOOH+NaOH{\xrightarrow[{\triangle }]{ROH}}CH_{2}=CHCOOH+NaX+H_{2}O} } {\displaystyle \mathrm {CH_{3}CHXCOOH+NaOH{\xrightarrow[{\triangle }]{ROH}}CH_{2}=CHCOOH+NaX+H_{2}O} }
2.
\( {\displaystyle \mathrm {XCH_{2}CH_{2}COOH+NaOH{\xrightarrow[{\triangle }]{ROH}}CH_{2}=CHCOOH+NaX+H_{2}O} } \)
Τα αποτελέσματα είναι καλύτερα αν χρησιμοποιηθεί «προστασία» του καρβοξυλίου.
Με απόσπαση αλογόνου
Με απόσπαση αλογόνου (X2) από 2,3-διαλοπροπανικό οξύ παράγεται προπενικό οξύ[11]:
\( {\displaystyle \mathrm {XCH_{2}CHXCOOH+Zn{\xrightarrow {}}CH_{2}=CHCOOH+ZnX_{2}} } \)
Τα αποτελέσματα είναι καλύτερα αν χρησιμοποιηθεί «προστασία» του καρβοξυλίου.
Με μερική καταλυτική υδρογόνωση
Με μερική καταλυτική υδρογόνωση προπινικού οξέος παράγεται προπενικό οξύ[12]:
\( {\displaystyle \mathrm {HC\equiv CCOOH+H_{2}{\xrightarrow {Ni\;{\acute {\eta }}\;Pd\;{\acute {\eta }}\;Pt}}CH_{2}=CHCOOH} } \)
Πηγές
Ν. Αλεξάνδρου, Γενική Οργανική Χημεία, ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ 1985
Α. Βάρβογλη, «Χημεία Οργανικών Ενώσεων», παρατηρητής, Θεσσαλονίκη 1991
SCHAUM'S OUTLINE SERIES, ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ, Μτφ. Α. Βάρβογλη, 1999
Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982
Πολυχρόνη Σ. Καραγκιοζίδη: Ονοματολογία οργανικών ενώσεων, Θεσσαλονίκη 1991, Έκδοση Β΄.
Ν. Αλεξάνδρου, Α. Βάρβογλη, Δ. Νικολαΐδη: Χημεία Ετεροκυκλικών Ενώσεων, Θεσσαλονίκη 1985, Έκδοση Β΄.
Δ. Νικολαΐδη: Ειδικά κεφάλαια Οργανικής Χημεία, Θεσσαλονίκη 1983.
Aναφορές και σημειώσεις
Για εναλλακτικές ονομασίες δείτε τον πίνακα πληροφοριών.
Takashi Ohara, Takahisa Sato, Noboru Shimizu, Günter Prescher Helmut Schwind, Otto Weiberg, Klaus Marten, Helmut Greim “Acrylic Acid and Derivatives” in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry 2003, Wiley-VCH, Weinheim. doi: 10.1002/14356007.a01_161.pub2
Τα δεδομένα προέρχονταιεν μέρει από το «Table of periodic properties of thw Ellements», Sagrent-Welch Scientidic Company και Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, Σελ. 34.
Υπολογισμένο βάση του ιονισμού από τον παραπάνω πίνακα
Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982: Σελ.283, §12.2.1.
Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982: Σελ.283, §12.2.2.
Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982: Σελ.283, §12.2.3β.
Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982: Σελ.283, §12.2.4.
Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ.153, §6.3.3.
Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ.153, §6.3.1α.
Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ.153, §6.3.1β.
Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ.158, §6.9.4.
Hellenica World - Scientific Library
Από τη ελληνική Βικιπαίδεια http://el.wikipedia.org . Όλα τα κείμενα είναι διαθέσιμα υπό την GNU Free Documentation License